Muitas teorias alternativas da gravidade foram sonhadas no banho, enquanto se esperava um ônibus - ou talvez com uma ou duas bebidas leves. Hoje em dia é possível desmascarar (ou não) sua própria teoria animal de estimação, prevendo no papel o que deve acontecer a um objeto que está orbitando de perto um buraco negro - e depois testá-las contra observações de S2 e talvez outras estrelas que orbitam buraco negro supermassivo central da galáxia - que se pensa estar situado na fonte de rádio Sagitário A *.
S2, uma estrela brilhante da classe espectral B, tem sido observada de perto desde 1995, período em que completou mais de uma órbita do buraco negro, dado que seu período orbital é inferior a 16 anos. A dinâmica orbital de S2 pode diferir do que seria previsto pelos três de Keplerrd lei e lei da gravidade de Newton, em uma quantidade que é três ordens de grandeza maior que a quantidade anômala vista na órbita de Mercúrio. Nos casos de Mercúrio e S2, esses efeitos aparentemente anômalos são previstos pela teoria da relatividade geral de Einstein, como resultado da curvatura do espaço-tempo causada por um objeto maciço próximo - o Sol no caso de Mercúrio e o buraco negro no caso de S2.
O S2 viaja a uma velocidade orbital de cerca de 5.000 quilômetros por segundo - o que é quase 2% da velocidade da luz. Acredita-se que na periapsia (ponto mais próximo) de sua órbita esteja a 5 bilhões de quilômetros do raio de Schwarzschild do buraco negro supermassivo, sendo o limite além do qual a luz não pode mais escapar - e um ponto que podemos considerar vagamente como a superfície do buraco negro. O raio de Schwarzschild do buraco negro supermassivo está aproximadamente na distância entre o Sol e a órbita de Mercúrio - e na periapsia, S2 fica aproximadamente na mesma distância do buraco negro que Plutão está no Sol.
Estima-se que o buraco negro supermassivo tenha uma massa de aproximadamente quatro milhões de massas solares, o que significa que pode ter jantado com vários milhões de estrelas desde a sua formação no universo primitivo - e significa que o S2 consegue se apegar à existência em virtude de sua estupenda velocidade orbital - que a mantém caindo ao redor, em vez de cair, no buraco negro. Para comparação, Plutão permanece em órbita ao redor do Sol, mantendo uma velocidade orbital de quase 5 quilômetros por segundo.
O conjunto de dados detalhados da posição astrométrica de S2 (ascensão e declinação corretas) muda ao longo do tempo - e a partir daí, sua velocidade radial calculada em diferentes pontos ao longo de sua órbita - oferece uma oportunidade para testar previsões teóricas contra observações.
Por exemplo, com esses dados, é possível rastrear vários recursos não-Keplerianos e não-Newtonianos da órbita de S2, incluindo:
- os efeitos da relatividade geral (de um quadro de referência externo, os relógios diminuem e os comprimentos se contraem em campos gravitacionais mais fortes). Essas são características esperadas da órbita de um buraco negro clássico de Schwarzschild;
- o momento da massa do quadrapole (uma maneira de explicar o fato de que o campo gravitacional de um corpo celeste pode não ser bastante esférico devido à sua rotação). Esses são recursos adicionais esperados da órbita de um buraco negro de Kerr - isto é, um buraco negro com rotação; e
- matéria escura (a física convencional sugere que a galáxia deve se afastar, dada a velocidade em que está girando - levando à conclusão de que há mais massa presente do que aparenta).
Mas, ei, essa é apenas uma maneira de interpretar os dados. Se você quiser testar algumas teorias alternativas, como a Teoria do Espaço das Cordas Oceânicas, bem, aqui está sua chance.
Leitura adicional: Iorio, L. (2010) Efeitos relativísticos clássicos e gerais de longo prazo sobre as velocidades radiais das estrelas que orbitam Sgr A *.
